原子間力顕微鏡（AFM）

詳細・スペック

備考

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詳細・スペック

＜原子間力顕微鏡（AFM）の特徴＞

AFM（Atomic Force Microscope; 原子間力顕微鏡）は物質の表面に対してカンチレバーの先についた探針を近接させて、探針と物質表面の間に生じる原子間力を利用して計測を行います。対象物の表面形状や表面荒さを観察することができます。物質表面の観察/分析方法としてSEM（走査型電子顕微鏡）が汎用的ですが、高さ方向の計測ができないのに対して、AFMは観察面の高さ方向の情報取得に極めて有効です。nmオーダーの分解能があり、装置によってはÅオーダーの高さを計測できるものもあります。原子間力はあらゆる物質の間に働くため、非破壊かつ絶縁体試料や液体中でも測定でき、大気雰囲気などの条件で測定できるため、生体材料なども観察対象に含まれます。

＜原子間力顕微鏡（AFM）の原理＞

カンチレバーの先に取り付けられた先端径10nm未満のシリコン製の探針にレーザー光を当て、反射光をフォトダイオードなど検出器で観測しながら、試料を上下させ表面へゆっくりと近接させます。試料とカンチレバーの間に原子間力が生じると、カンチレバーがたわみなどの変位などが生じ、レーザー光で検知され、フォースカーブが得られます。続いて原子間力を一定になるよう保ちながら水平方向に試料をサンプルステージごとゆっくり走査し、マッピングします。得られた高さ方向の情報を変換してAFM画像を取得します。また装置は振動により計測結果に影響が出てしまうので、除震台の上に載せます。

＜原子間力顕微鏡（AFM）の試料準備＞

観察試料はある程度平坦であるものしか測定できません、あらかじめ顕微鏡などで観察し、極端に大きな凹凸、突起物、ゴミなどがないことを確認します。カンチレバーの針が折れたり、欠けたりする原因となります。また探針先の形状が測定結果に影響を与えることがあるため、複数回使ったカンチレバーや測定履歴により汚染が予想される場合は、針を交換しましょう。試料を高さがカンチレバーより十分低くなるようにステージにのせ、カンチレバーの所定の位置にレーザー光が当たるよう調整し、測定します。

可能な実験例

◯膜厚測定

基材と薄膜界面近辺を測定することにより、膜厚がわかります。例として蒸着膜やSAMs、LB膜などが挙げられます。分子構造と膜厚から層数がわかることもあります。

◯原子レベル平坦結晶面の観察研磨した単結晶基板や単結晶のへき開面などは原子レベルで平坦なことがあり、AFMによりステップ＆テラス構造が観察されることがあります。結晶面の成長過程観察により成長メカニズムの解明に役立ちます。

◯表面荒さの測定

観察した表面の荒さや凹凸の度合いを測定することができます。平均面荒さ（Ra）や自乗平均面荒さ（RMS）、面内最大高低差（Rmax）といった数値であらわされます。

◯生体材料の測定

タッピングモードやノンコンタクトモード測定などを用いることにより、対象物を破壊することなく測定することができます。柔らかく変位し易い生体材料などの表面測定に適しており、プローブのしなりなどから細胞膜の弾性率などを測定することもできます。


※組織により上記実験ができない場合がございます。